医疗废物典型组分的热重分析及新的动力学模型

为研究医疗废物的热解失重规律和反应动力学机制，对其热失重过程进行了模拟．利用差热热重分析仪，在氮气气氛下对医疗废物的14种典型组分进行了热解实验，建立了“整体两步四反应模型”．结果显示，样品失水后，在160℃-290℃之间开始热解，次序依次为药物类、塑料类、蛋白质类、生物质类、合成纤维类和橡胶类；经过一步或两步失重，在800℃时热解基本完成．所建立的“整体两步四反应模型”能很好地描述样品的热解行为，最大相对误差为1．68％，并可以对医疗废物的热解产物进行预测．     

水泥厂废旧除尘布袋热重分析及其形态特征

采用综合热重分析法,对水泥厂3种不同工段的废旧除尘布袋及相对应的同型号新布袋进行了热重(TG)分析实验研究.结果表明,废旧除尘布袋热重分析的升温过程中主要有3个失重峰,前两个失重峰与涤纶纤维的燃烧析出相对应,第3个失重峰主要是碳酸钙分解的结果.采用积分法(Coats-Redfern方程)计算得到各阶段燃烧反应的机理方程及相应的活化能参数.分析表明,在低温段废旧布袋中的灰尘对燃烧反应影响不大,而在高温段废旧布袋中的灰尘导致燃烧反应活化能升高,阻碍燃烧反应进行.从电镜扫描和能谱分析可知,废旧除尘布袋中的涤纶纤维几乎被焚烧殆尽,剩下的少量焚烧灰渣由C、O、Si、Ca等主要元素,以及Ti、Al、Mg、Mn、Fe等次要元素组成.这种灰渣与水泥成分类似,具有较高的回收利用价值.     

生活垃圾热解产物中含氧物质的分布规律

采用热重分析、固定床实验、红外分析(FT-IR)研究了生活垃圾热解行为及产物中含氧物质的分布规律。用热重分析确定了生活垃圾主要失重区间(190~450℃),并计算此温度区间热解活化能为42.76 k J/mol。在热解终温为450~650℃条件下进行生活垃圾固定床热解实验,结果表明:随热解终温的增加,固体产物中氧分布率逐渐减小(39.2%~29.3%);热解气中氧分布率逐渐增加(22.1%~30.9%);热解液中氧分布率在40%左右。生活垃圾热解气中含氧成分主要是CO和CO2,在温度为450~650℃时,CO含量明显高于CO2,而CO2的释放速率则大于CO;固体产物中含氧官能团主要有—OH和C—O,其中峰面积比例顺序为C—O>—OH;热解液中含氧官能团主要有—OH、C O和C—O,其峰面积的比例顺序为—OH>C—O>C O。     

热重质谱联用研究废旧汽车高聚物热解特性

采用热重-质谱（TG-MS）联用技术研究了N2气氛下废旧汽车塑料和橡胶高聚物混合物料热解气体的种类和产生机理.结果表明,废旧汽车高聚物热解过程在240～350℃和420～500℃有两个明显失重阶段,分别有20.9%和28.3%的挥发分析出.650～730℃范围失重峰是由无机填料热分解造成的,产生的挥发性气体产物为CO2...     

热重法研究模化城市生活垃圾燃烧和热解特性

利用热重技术研究了模化城市生活垃圾(model municipal solid waste，MMSW)的热解和燃烧过程的特性。结果表明，在小于300℃的温度范围内，热解和燃烧的失重曲线基本一致，不同升温速率对失重特性有影响。利用分峰拟合处理技术对MMSW热处理过程的DSC曲线进行分析，发现MMSW燃烧和热解的失重特性基本上是所含物质失重特性的叠加。对MMSW热处理过程进行动力学分析，计算结果表明反应级数在1．2～1．8之间，化学反应的平均活化能在30～50kJ／mol之间。     

铝塑包装废物的热解特性研究

利用热重-差热-傅立叶变换红外光谱联用仪对铝塑包装废物热解特性进行分析,并对物料性质、纸质存在对热解过程的影响进行研究. 结果表明:铝塑包装废物热解主要发生于438～500 ℃,最大失重速率出现在470～475 ℃;产物中主要是—C—C—以及少量的—CC—与芳香烃;反应温度由50 ℃升至850 ℃,铝塑包装废物依次经历聚乙烯熔融软化、热解,铝熔融,铝与焦状物反应等过程;铝塑包装废物中含纸质时,在312.4～363.2 ℃增加了一个失重过程,同时高温时的热解反应更为复杂.      

升温速率对医疗垃圾热解机理的影响

用TGA-DTA差热失重联用分析仪研究升温速率对输液瓶、一次性医用手套、敷料内心和白鼠肌肉4种典型医疗垃圾热解过程的影响规律.结果表明:在其他试验条件都相同的情况下,随着升温速率的提高,热解反应起始温度、终止温度、峰温升高,反应区间ΔT变宽,发生最大热失重速率的温度也升高,热失重峰的峰高也随之增加;升温速率对热失重率的影响随医疗垃圾种类而不同,对较难分解的医疗垃圾（如敷料内心和白鼠肌肉等）影响大,对容易分解的医疗垃圾（如输液瓶和一次性医用手套等）影响较小.      

甘蔗渣热解特性及产物分析

为优化甘蔗渣快速热解工艺并提取高附加值精细化工产品,采用热重分析和热裂解-气质联用分析方法研究了甘蔗渣热解过程及其热解产物。结果表明:甘蔗渣热解过程可分为干燥失水、快速热解、炭化三个阶段;快速热解为甘蔗渣热解的主要阶段,试样失重高达75%,提高升温速率有利于加快热解反应;甘蔗渣在600℃终温下热裂解特征产物共82种,主要成分为有机抽提剂、芳香化合物、烯烃类、杂环化合物类、羰基化合物、烷烃类;硬脂酸和棕榈酸为最主要成分,含量占比分别为25.6%和10.58%;主要特征产物为2-阿氨基乙醇酯、糠醛、2-(十八氧基)乙醇、油酸、异戊二烯、环十四烷、十八烯、硬酯酸甲酯。     

麦草浆黑液固形物热解特性及动力学研究

通过热重分析实验和固定床热解实验研究了麦草碱性亚硫酸钠-蒽醌法制纸桨黑液固形物的热解特性和热解产物分布。结果表明:黑液固形物热解过程分为干燥脱水、有机物热解和无机物转化三个阶段,主要失重发生在200～550℃间;在热重分析基础上按一级反应动力学模型得到了黑液固形物热解各阶段的动力学参数;实验条件下,麦草浆黑液固形物固定床热解后约三分之一转化为挥发分,余下为固体残渣。     

造纸污泥热解特性及动力学研究

为了解污泥在氮气氛围下的热解特性,利用热重分析仪对造纸污泥进行了实验研究。实验发现,在10℃/min和20℃/min的升温速率下,污泥热解过程都经历了三个阶段的失重。实验还发现污泥与煤混合物的热解速率在固定碳燃尽阶段与单独污泥热解相比较得到了较大的提高。并根据对热重曲线的分析,得到污泥的反应动力学参数:频率因子和活化能。     

PVC热解过程中HCl的生成及其影响因素

采用热重分析仪(TG)对聚氯乙烯(PVC)的热解特性进行研究.在不同条件下进行PVC热解制取氯化氢(HCl)实验,研究载气流量、入料量、热解时间和热解温度对氯化氢产率的影响,得出最佳热解条件;采用离子色谱(IC)、气相色谱(GC)、气质联用仪(GC-MS)对热解产物进行化学分析,揭示PVC热解制取HCl过程的反应机理.结果表明:PVC热解制取氯化氢的最佳热解条件为载气流量100mL/min、热解时间30min、入料量1.2g和热解温度400℃;PVC热解存在2个失重阶段,即260~320 ℃和390~600 ℃;随热解温度升高,焦油产率由0.95%升高到20.29%、HCl产率由25.69%升高到53.76%,而半焦产率则由54.39%下降到11.27%、气体产率变化范围为9.09%~18.97%;当热解温度低于400 ℃时,气体组分仅检测到H2、C2H4、C3H6;当热解温度高于400 ℃时,检测到的气体组分为H2、CH4、C2H4、C2H6、C3H6、C3H8;随着热解温度的升高,焦油组分中不稳定组分逐渐转化为稳定组分.PVC热解制取HCl的第1反应阶段主要是脱除HCl的链式反应,同时生成少量的苯等芳香族化合物及环烷烃等有机化合物;第2反应阶段主要为少量HCl生成、焦油的结构重整、分子重排、脱苯环和同分异构化等.     

模拟医疗废物在TG-DTA-FTIR上的热失重特性研究

在热重-差热分析仪上对模拟医疗废物分别在氮气和空气气氛中不同升温速率下加热的热失重行为进行了研究,并对升温速率和不同气氛对其热失重行为的影响进行了探讨.结果表明,随升温速率的提高,模拟医疗废物在2种气氛下热失重时挥发分初析出温度（T_s）向高温方向偏移、失重速率峰值（DTG_max）显著增大;在氮气气氛下,物料热失重时有2个失重峰,前后2个峰的失重率分别为31%和59%左右,在空气气氛下,有3个失重峰,前2个峰失重率分别在44%～59%和31%～46%之间.同时,结合同步傅立叶变换红外光谱仪对各个条件下的气体产物进行了定性分析,并对其中的CO、CO₂、H₂O和CH₄进行了定量分析.实验发现,模拟医疗废物在2种气氛下热失重主要阶段的产物种类相似,都检测到了CO₂、CO、烷烃类、醛类、羧酸、醇类和烯烃的特征吸收峰.并且,结果显示升温速率和气氛条件对CO、CO₂、H₂O和CH₄的生成量都有影响.在热失重的主要阶段,水分含量随加热时间变化曲线上显示1个向下的峰,说明载气中原有水分参与了反应.     

稻壳与聚氯乙烯共热解的特性及动力学

在热重分析仪中进行了稻壳和聚氯乙烯（PVC）的共热解实验,结果显示:在共热解时稻壳开始剧烈热解的温度相比单独热解时大幅度降低,由350℃降至300℃,表明掺入PVC降低了稻壳的热解温度。在升温速率为20℃/min,稻壳和PVC比例为2∶1（质量比）时,混合热解协同效应最明显。3种动力学分析方法均证明共热解现象的存在。利用Coats-Redfern法进行动力学分析,发现共热解活化能普遍较单独热解时低,表明PVC与稻壳共热解有明显的相互作用。利用Ozawa法进行分析,发现转化率为20%~60%阶段下共热解平均活化能值为37.60 kJ/mol,低于稻壳单独热解的平均活化能41.45 kJ/mol。Friedman法分析结果显示对应转化率下共热解活化能均低于稻壳单独热解活化能。稻壳和PVC共热解倾向于反应动力学控制。     

热重-红外联用分析纸厂废弃塑料的热解特性

利用热重-红外联用技术(TG-FTIR)对纸厂废弃塑料的热解特性及气体释放特性进行了研究。研究表明,塑料的热解过程主要为2个阶段:第1阶段为氯的析出,第2阶段为碳链断裂。随着升温速率的增加,塑料热解的失重速率有所增加,且析出峰向高温方向移动。使用Doyle积分方法进行活化能计算,发现塑料热解所需要的活化能随着反应程度的增加而有所增大。塑料热解脱氯阶段符合三维扩散,球形对称Jander方程;碳链断裂阶段符合二维扩散,圆柱形对称方程。TG-FTIR结果表明,热解的第1阶段析出产物主要为HCl,第2阶段的热解产物主要为烃类化合物。     

Thermogravimetric coupled with Fourier transform infrared analysis study on thermal treatment of monopotassium phosphate residue

In China, safe disposal of hazardous waste is more and more a necessity, urged by rapid economic development. The pyrolysis and combustion characteristics of a residue from producing monopotassium phosphate (monopotassium phosphate residue), considered as a hazardous waste, were studied using a thermogravimetric, coupled with Fourier transform infrared analyzer (TG-FTIR). Both pyrolysis and combustion runs can be subdivided into three stages: drying, thermal decomposition, and final devolatilization. The average weight loss rate during fast thermal decomposition stage in pyrolysis is higher than combustion. Acetic acid, methane, pentane, (acetyl) cyclopropane, 2,4,6-trichlorophenol, CO, and CO₂ were distinguished in the pyrolysis process, while CO₂ was the dominant combustion product.     

含油污泥组成及其对热解特性的影响

对含油污泥及其主要组成矿物油与矿物质进行了成分分析,并利用热重-红外光谱联用仪与管式电阻炉对比分析了含油污泥及其组成的热解过程与热解气体析出特性.结果表明,[1]含油污泥具有较高热值(15422.41 kJ/kg),以石英为主要成分的矿物质在含油污泥中所占比重较大(61.57%),并与热转化性能较好的矿物油紧密结合;[2]含油污泥热解过程依次经历干燥脱气(50-180℃)、轻质油分挥发析出(180-370℃)、重质油分热解析出(370-500℃)、半焦炭化(500-600℃)与矿物质分解(>600℃)5个阶段;[3]矿物质通过表面作用与导热性系数提升作用影响矿物油的热转化反应,矿物油中的杂质元素会降低矿物质的分解温度;[4]矿物质的存在降低了矿物油热解气体的产量并促进H2析出.     

灰分对高硫煤热解部分气化硫变迁的影响

采用分步脱除矿物质方法,对义马原煤及HCl,HCl-HF,HCl-HNO₃处理后煤样,分别在固定床反应器中考察了热解部分气化下硫的脱除规律.结果表明:一方面在热解过程中原煤及酸处理煤样H₂S和COS的析出均呈双峰趋势,其析出值主要受温度、原煤中灰分和HNO₃氧化作用;另一方面,在部分气化和酸处理后煤样热解半焦在600℃～900℃范围内硫脱除率可达50%～80%,800℃时,无机硫可完全脱除.而原煤热解半焦总硫,无机硫的脱除率在700℃时最大.气化温度的升高,加强了碱性矿物质的固硫作用,其结果是900℃气化时,总硫和无机硫脱除率降低.酸处理后有机硫含量基本保持不变,其噻吩结构只随碳骨架的气化而析出.     

A型分子筛对WPCBs燃烧特性的影响

利用热重分析法研究不同气氛（空气和N₂）、添加不同催化剂（4A和5A）下,废电路板非金属粉末（WPCBs）的燃烧特性,计算各类综合燃烧特性曲线,并建立燃烧动力学方程。结果表明:空气气氛下,WPCBs燃烧曲线存在3个明显失重峰,即挥发分析出与热解、难燃有机物分解以及固定碳热解;而N₂气氛下,WPCBs燃烧曲线存在1个明显失重峰和1个次失重峰,即挥发分析出与热解、难燃有机物分解。加入催化剂（4A和5A）,WPCBs燃烧特性曲线的水分析出失重峰明显加强,挥发分析出与燃烧和难燃有机物分解失重峰强度明显减弱。在N₂气氛下,WPCBs燃烧具有较高的挥发分释放特性指数D、可燃指数C和综合燃烧特性指数S,而燃尽指数C_b较小。利用Coats-Redfern积分法计算得到不同气氛及催化剂条件下WPCBs燃烧的平均表观活化能E_av,其中E_av约为227.29 kJ/mol（空气或N₂）、72.35~115.99 kJ/mol（空气/N₂+4A/5A）。修正后的质量平均表观活化能E_m为76.38 kJ/mol（空气）、115.09 kJ/mol（N₂）、≤47.26 kJ/mol（空气/N₂+4A/5A）。WPCBs热解的挥发分1峰前反应过程拟合方程为f（α）=（1-α）0.5;而其峰后、挥发分2和固定碳燃尽阶段反应过程拟合方程为f（α）=（1-α）2。     

典型农药废盐热处理过程动力学特征

为了探究农药废盐热处理适宜性,采用热重分析法结合动力学模型分别对3种典型农药废盐--咪鲜胺、烟嘧磺隆和草甘膦废盐进行研究.试验结果表明咪鲜胺废盐仅有一个明显失重阶段,温度高于600℃后质量基本不发生变化,烟嘧磺隆和草甘膦废盐有两个明显失重阶段,温度分别高于300℃和450℃后失重速率明显变缓,三种废盐的明显失重温度和减重率均不相同,说明不同类型废盐的热解/燃烧特性存在明显差异;3种废盐各自的燃烧和热解的失重过程均较为相似,说明氧气的存在不会对热处理过程产生影响.并结合热处理动力学参数可知,废盐的热处理是复杂的反应过程,烟嘧磺隆废盐燃烧和热解所需活化能相近为0.297~5.894kJ/mol,热处理过程最容易发生,咪鲜胺和草甘膦废盐燃烧的活化能低于热解活化能,说明氧气会促进咪鲜胺和草甘膦废盐的热处理过程,废盐的热处理在空气气氛下即可.